核電BOP廠房混凝土排架結(jié)構(gòu)設(shè)計總結(jié)

文/李二航、尤培華、李方 中國核電工程有限公司鄭州分公司 河南鄭州 450052

核電BOP廠房混凝土排架結(jié)構(gòu)設(shè)計總結(jié)

文/李二航、尤培華、李方 中國核電工程有限公司鄭州分公司 河南鄭州 450052

核電BOP廠房一般為單層工業(yè)廠房，需要較高凈空、較大跨度和較重起重設(shè)備，一般采用混凝土排架結(jié)構(gòu)。本文總結(jié)了排架廠房的組成和布置、基本的計算模型以及排架各構(gòu)件的設(shè)計，對類似廠房的設(shè)計有一定的參考價值。

核電BOP廠房；混凝土排架結(jié)構(gòu)

核電BOP廠房一般為單層工業(yè)廠房，需要較高凈空、較大跨度和較重起重設(shè)備。主要有以下特點(diǎn)：由于廠房的跨度和凈高都很大，因此構(gòu)件的截面尺寸較大；作用于廠房的吊車荷載，是一種不同于民用建筑的動力荷載；由于使用需要，廠房內(nèi)部一般無隔墻，僅四周有圍護(hù)墻體，因此廠房結(jié)構(gòu)是一種空曠結(jié)構(gòu)；廠房柱是一種既要承受豎向荷載，又要承受水平荷載的主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件。對于柱高＞12m且設(shè)有起重量超過20t橋式吊車的單層工業(yè)房屋一般采用混凝土排架結(jié)構(gòu)。

1、排架結(jié)構(gòu)的組成和布置

1.1 排架結(jié)構(gòu)的組成

排架結(jié)構(gòu)由屋蓋結(jié)構(gòu)、橫向平面排架、縱向平面排架、圍護(hù)結(jié)構(gòu)四大部分組成。

屋蓋結(jié)構(gòu)的主要作用是承受屋面荷載并將荷載傳給排架柱，起采光、通風(fēng)、隔熱等圍護(hù)作用。橫向平面排架是廠房的基本承重結(jié)構(gòu)。廠房的豎向荷載及橫向水平荷載主要由橫向平面排架承擔(dān)并將其傳至基礎(chǔ)，再由基礎(chǔ)傳至地基。縱向平面排架由縱向柱列、基礎(chǔ)、聯(lián)系梁、吊車梁、柱間支撐等構(gòu)件組成，其作用是保證廠房結(jié)構(gòu)縱向剛度和穩(wěn)定性，承受縱向水平作用（縱向風(fēng)荷載、吊車縱向剎車力、溫度應(yīng)力等）。由縱墻、橫墻（山墻）及抗風(fēng)柱、基礎(chǔ)梁、墻梁等組成的圍護(hù)結(jié)構(gòu)，主要起圍護(hù)作用，并承受墻體和構(gòu)件的自重及作用于墻面上的風(fēng)荷載。

1.2 結(jié)構(gòu)布置

排架結(jié)構(gòu)在平面上的布置稱為結(jié)構(gòu)布置，其內(nèi)容包括柱網(wǎng)布置、變形縫設(shè)置、支撐體系布置、抗風(fēng)柱及圍護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件布置等。

1）柱網(wǎng)的布置應(yīng)符合生產(chǎn)和使用要求，經(jīng)濟(jì)合理，結(jié)構(gòu)形式和施工方法上具有先進(jìn)性和合理性，并符合廠房建筑統(tǒng)一化基本規(guī)則。廠房跨度在18m以下時，應(yīng)采用3m的倍數(shù)；在18m以上時，應(yīng)采用6m的倍數(shù)。廠房柱距應(yīng)采用6m或6m的倍數(shù)。

2）變形縫包括伸縮縫、沉降縫和防震縫三種。伸縮縫的作用是減小廠房的溫度應(yīng)力。沉降縫的作用是避免不均勻沉降的產(chǎn)生的影響，一般在單層廠房中不需設(shè)置。

3）支撐體系的作用是：加強(qiáng)廠房結(jié)構(gòu)的空間剛度，使廠房結(jié)構(gòu)形成整體；保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件在安裝和使用階段的穩(wěn)定和安全；傳遞風(fēng)荷載、吊車剎車力等水平荷載。支撐體系包括屋蓋支撐和柱間支撐。

4）單層廠房的端墻（山墻）受風(fēng)面積較大，一般須設(shè)置抗風(fēng)柱將山墻分成幾個區(qū)格，以使墻面受到的風(fēng)荷載，一部分直接傳給縱向柱列，另一部分則經(jīng)抗風(fēng)柱上端通過屋蓋結(jié)構(gòu)傳給縱向柱列和經(jīng)抗風(fēng)柱下端傳給基礎(chǔ)。

5）當(dāng)單層廠房的維護(hù)結(jié)構(gòu)采用砌體墻時，須在墻上適當(dāng)位置設(shè)置鋼筋混凝土圈梁、聯(lián)系梁、過梁、基礎(chǔ)梁等結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

2、 基本的計算模型

單層廠房排架結(jié)構(gòu)雖為空間受力結(jié)構(gòu)，但一般可按縱向平面結(jié)構(gòu)和橫向平面結(jié)構(gòu)分別計算。

橫向：二維平面排架模型。計算內(nèi)容包括計算簡圖的確定、荷載計算、內(nèi)力分析和內(nèi)力組合等，必要時還應(yīng)驗算排架的側(cè)移。根據(jù)排架構(gòu)件的連接和實際受力狀況，計算的基本假定有如下兩點(diǎn)：其一，柱下端固接于基礎(chǔ)頂面，柱上端鉸接于橫梁；其二，橫梁為無軸向變形的剛性桿。

縱向：通常情況下，縱向平面排架柱較多，水平剛度較大，每柱承受的水平力較小，因此當(dāng)縱向柱列柱多于7根時，可不必進(jìn)行縱向平面排架的計算。

3、排架各構(gòu)件的設(shè)計

3.1 排架柱

單層廠房排架柱屬于偏心受壓構(gòu)件，其設(shè)計主要內(nèi)容包括柱截面配筋設(shè)計及柱上牛腿設(shè)計。

1）排架柱一般采用預(yù)制構(gòu)件，柱的配筋設(shè)計包括使用階段計算和施工階段計算。施工階段驗算主要是吊裝驗算。

2）設(shè)有A7、A8級吊車的廠房柱和設(shè)有中級和重級工作制吊車的露天棧橋柱，在吊車梁或吊車桁架的頂標(biāo)高處，由一臺最大吊車水平荷載所產(chǎn)生的側(cè)向變形值，不應(yīng)超過《混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)造手冊》[1]表4.1.5所規(guī)定的水平位移允許值。對于一般廠房柱，可控制柱頂位移角不大于1/550。

3） 牛腿主要承受集中荷載。當(dāng)集中荷載至柱邊緣距離a較大，a/h0≥1時稱為長牛腿，可按懸臂梁進(jìn)行設(shè)計；當(dāng)a/h0＜1時，稱為短牛腿，屬于變截面的懸臂深梁。

3.2 抗風(fēng)柱

抗風(fēng)柱上柱截面高度不得小于300mm，下柱截面高度不得小于下柱高度的1/25；上、下柱截面寬度不得小于Hb/40（抗風(fēng)柱僅承受風(fēng)荷載及柱自重時）或Hb/30（同時承受連系梁傳來的墻重時），其中Hb為抗風(fēng)柱從基礎(chǔ)頂面至柱平面外支點(diǎn)的距離。滿足上述要求時，可不必進(jìn)行水平位移驗算。

在進(jìn)行內(nèi)力計算時，抗風(fēng)柱底部固定于基礎(chǔ)頂面，視為固定支座，頂部支承于端屋架的上弦節(jié)點(diǎn)，可視為不動鉸支座；當(dāng)屋架下弦設(shè)置了橫向水平支撐時，也可將抗風(fēng)柱與屋架下弦連接，作為抗風(fēng)柱的不動鉸支座。

當(dāng)山墻重量由基礎(chǔ)梁承受是，抗風(fēng)柱可視為只受風(fēng)荷載的豎向受彎構(gòu)件，柱自重可忽略。當(dāng)山墻自重由聯(lián)系梁承受時，抗風(fēng)柱還承受由聯(lián)系梁傳來的墻體自重，應(yīng)按偏心受壓構(gòu)件計算。

3.3 鋼梁、鋼屋架

熱軋H型鋼按照《熱軋H型鋼和部分T型鋼》GB/T 11263-2010選取，構(gòu)件寬厚比無需驗算，需驗算鋼梁的強(qiáng)度應(yīng)力比、穩(wěn)定應(yīng)力比、撓度。焊接H型鋼的翼緣、腹板的長度及厚度可以根據(jù)需要自行選擇，此時除驗算鋼梁的強(qiáng)度應(yīng)力比、穩(wěn)定應(yīng)力比、撓度外，還需驗算翼緣、腹板的寬厚比。

鋼屋架在標(biāo)準(zhǔn)跨度時一般選用圖集。當(dāng)屋面材料為壓型鋼板、夾芯板、發(fā)泡水泥復(fù)合大型屋面板時選擇圖集《輕型屋面梯形鋼屋架》05G515[2]，當(dāng)屋面材料為大型預(yù)應(yīng)力混凝土屋面板時選擇圖集《梯形鋼屋架》05G511。

根據(jù)屋面荷載選擇屋架類型，但因屋架詳圖中下弦桿截面未考慮屋面風(fēng)荷載吸力作用，，此時應(yīng)驗算屋架在永久荷載標(biāo)準(zhǔn)值和風(fēng)吸力荷載設(shè)計值共同作用下，下弦桿截面是否會出現(xiàn)壓力，其長細(xì)比λ是否超過250，是否需加大下弦截面或加密系桿。

總結(jié)：

核電BOP廠房一般為單層工業(yè)廠房，需要較高凈空、較大跨度和較重起重設(shè)備，一般采用混凝土排架結(jié)構(gòu)。本文總結(jié)了排架廠房的組成和布置、基本的計算模型以及排架各構(gòu)件的設(shè)計，對類似廠房的設(shè)計有一定的參考價值。

[1]中國有色工程有限公司，混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)造手冊（第四版）。北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

[2]國家建筑標(biāo)準(zhǔn)圖集05G515，輕型屋面梯形鋼屋架.